功能化聚苯乙烯纳米球的制备及其在蛋白质分离纯化应用

• 作 者: 葛模燕
• 出 处: 华南理工大学
• 发表日期: 2021年04期
• 关键词: 聚苯乙烯 蛋白质 分离纯化 磁性纳米球

蛋白质是生物体内最重要的生物大分子之一,由于具有极好的生物学特性,在食品、生物医学、生物制药等诸多领域有着广泛的应用。蛋白质的分离纯化技术作为蛋白质研究的前提和基础备受关注。但传统的蛋白质分离纯化技术只能简单地分离得到蛋白粗产品,无法满足现代化工业生产对于高纯蛋白的要求。因此,本文以苯乙烯为原料采用乳液聚合法制备聚苯乙烯（PS）纳米球,通过改性分别制备了磺化聚苯乙烯（SPS）纳米球、羧基化聚苯乙烯（PS-COOH）纳米球、金属螯合聚苯乙烯(PS-ANTA-M²⁺)纳米球和金属螯合磁性聚苯乙烯(Fe₃O₄@PS-ANTA-M²⁺)纳米球,并用于蛋白质分离纯化研究。旨在开发一种低成本、高负载量、可重复利用的蛋白质分离纯化介质,实现操作简单、高效快速的蛋白质分离纯化流程。主要研究工作与结果如下:（1）SPS纳米球的制备及其在蛋白质分离应用。以苯乙烯为单体采用乳液聚合法制备PS纳米球,通过浓硫酸改性得SPS纳米球。纳米球粒径均一且单一分散,纳米球表面磺化度达到2.36±0.08 mmol/g,对蛋白质具有高效快速的吸附性能,能在10 min内达到吸附平衡,其吸附行为属于准二级吸附动力学,吸附过程符合Langmuir模型,经计算SPS纳米球对牛血红蛋白（BHb）的最大吸附量为2831.4 mg/g。（2）PS-COOH纳米球的制备。以苯乙烯为聚合单体、丙烯酸为功能单体采用乳液聚合法制备PS-COOH纳米球,纳米球粒径均一且单一分散。在聚合过程中,当丙烯酸和苯乙烯的体积比为3:10 m L/m L时,纳米球表面羧基含量可达到0.43±0.03 mmol/g,在水溶液中具有较好的分散性。（3）PS-ANTA-M²⁺纳米球的制备及其在蛋白质分离纯化应用。以PS-COOH纳米球为固定化载体,接枝螯合剂Nα,Nα-二（羧甲基）-L-赖氨酸水合物（ANTA）并螯合不同的金属离子,得到新型固定化金属螯合亲和层析介质PS-ANTA-M²⁺（M=Ni、Cu、Zn、Co）纳米球。纳米球粒径均一且单一分散,可从复杂的生物体系中特异性分离组氨酸（His）标签蛋白,且循环使用3次时仍保持优异的特异性分离性能。（4）Fe₃O₄@PS-ANTA-M²⁺纳米球的制备及其在蛋白质分离纯化应用。采用共沉淀法合成Fe₃O₄磁性纳米颗粒,将其加入乳液聚合体系中制备磁性纳米球Fe₃O₄@PS-COOH,再以ANTA为螯合剂将不同金属离子螯合在纳米球表面,得到以Fe₃O₄磁性纳米颗粒为核、PS-ANTA-M²⁺为壳的Fe₃O₄@PS-ANTA-M²⁺纳米球。该纳米球具有良好的磁性响应和重分散性,对BHb的吸附过程能在24 h内达到吸附平衡且能通过外磁场作用实现快速分离,该吸附行为属于准二级吸附动力学,吸附过程符合Langmuir模型,能选择性吸附BHb蛋白而对牛血清蛋白（BSA）蛋白无吸附效果,可从复杂的生物体系中特异性分离His标记蛋白,且分离的His标记蛋白纯度优于商业NTA-Ni柱。